İnteqrasiya edilmiş şuranın yaradılması tarixi. Yerli elektron komponentlər bazasının (ECB) tarixi. Elektronika və elektronikanın növləri
B.V.Malin
Bu yaxınlarda mikroelektronika sahəsində ilk rusiyalı mütəxəssislərdən biri, yerli inteqral sxemlərin ilk seriyasının yaradıcısı və yaradıcısı B.V.Malin vəfat etdi.
Ölümündən bir müddət əvvəl, MEPhI-də Mikroelektronika Departamentinin redaktorları və işçilərinin xahişi ilə Boris Vladimiroviç ilk yerli inteqral sxemin yaradılması ilə bağlı məqalə üzərində işə başladı.
Fövqəladə bir insana, mütəxəssisə, müəllimə olan son borcumuzu ödəyərək, müəllifin təəssüf ki, yarımçıq qalan məqalə layihəsini dərc edirik.
A. Osipov, elmi redaktor
Yaradılması üçün ilkin şərtlər– bipolyar və birqütblü tranzistorların istehsalının mövcudluğu, Şokli, Decay və Ross, Tesner tərəfindən belə tranzistorların hesablanması nəzəriyyəsi. Aparıcı tranzistor institutunun inkişafı - NII-35 (Pulsar Elmi-Tədqiqat İnstitutu). Tranzistorların inkişafı və istehsalı üçün yerli texnologiyada 60-cı illərin əvvəllərinə qədər olan dövr germanium monokristallarının mənbə materialı kimi istifadəsi və yalnız bipolyar tranzistorların istehsalı ilə xarakterizə olunurdu. Unipolyar tranzistorlar istehsal olunmadı. İnteqrasiya edilmiş sxem texnologiyası müxtəlif funksional məqsədlər üçün mikroelektron sxemlərin aktiv elementləri kimi hər iki növ tranzistorun olmasını və silikon monokristal texnologiyasının tətbiqini tələb edirdi. 1957-1961-ci illərdə Müəllif 339 seriyalı germanium birqütblü tranzistorlarını işləyib hazırlayıb və bu əsərlər əsasında dissertasiya müdafiə olunub.
Miniatürləşdirmə anlayışları və mikroelektronikanın inkişafı - mikromodul texnologiyası və KB-1-də mənimsənilmiş ABŞ ordusunun "Tinkertoy" Amerika layihəsi. Bipolyar tranzistorların istehsalının inkişafı və onların müdafiə və kosmik texnologiyada istifadəsi ilə eyni vaxtda baş tranzistor NII-35 onların dövrə tətbiqi texnikasını və texnologiyasını, ilk növbədə mikromodul proqramı çərçivəsində standart struktur dövrə elementləri kimi inkişaf etdirdi - əsas tərtibatçılar Barkanov (KB-1) və Nevejin (NII-35). Bu, tranzistorların və radio komponentlərinin miniatürləşdirilməsi prinsiplərinə, eləcə də müxtəlif sxemlərin standart blokları dəstinin (ABŞ Ordusunun Tinkertoy layihəsinə bənzər) miniatür standart hissələrinin yığılmasının avtomatlaşdırılması prinsiplərinə əsaslanırdı.
Silikon üzərində kritik texnologiyanın mənimsənilməsi– planar silikon texnologiyası. MEP. ABŞ-da tranzistorlar və inteqral sxemlərin yaradılması sahəsində strateji bir irəliləyiş, silikon üzərində texnologiyanın, xüsusən də planar kimi kritik texnologiyanın inkişafı və sənaye tətbiqi hesab edilməlidir. Yerli istehsal təcrübəsində planar texnologiyanın inkişafı praktiki olaraq yalnız 1962-ci ildə sıfır səviyyəsindən başladı.
İşin inkişafı üçün əhəmiyyətli təkan 1959-cu ildə ABŞ-da Jack Kilby tərəfindən silikon inteqral sxemlərin ixtirası və Minuteman raket idarə sistemində istifadə üçün Amerika şirkəti Texas tərəfindən istehsalı oldu. Alman dilindən istifadə edərək üçölçülü inteqral sxemlər yaratmaq cəhdləri müəllif tərəfindən 1959-1962-ci illərdə NII-35-də həyata keçirilmişdir. 1959-cu ildən bəri yerli silikon inteqral sxemlərin inkişafı, əslində, Jack Kilby ilə davamlı rəqabətli yazışma prosesi olmuşdur.
Amerika texnoloji təcrübəsini təkrarlamaq və kopyalamaq konsepsiyaları qüvvədə idi - MEP-in "əks mühəndisliyi" adlanan üsullar. Reproduksiya üçün silikon inteqral sxemlərin prototip nümunələri və istehsal nümunələri ABŞ-dan alınmış və onların surətinin çıxarılması İqtisadiyyat və İqtisadiyyat Nazirliyinin (nazir Şokin) əmrləri ilə ciddi şəkildə tənzimlənmişdir. Kopyalama konsepsiyası 19 ildən çox müddət ərzində Nazir tərəfindən ciddi şəkildə idarə olunurdu, bu müddət ərzində müəllif 1974-cü ilə qədər MEP sistemində işləmişdir.
Bu, təkcə mikroelektronikanın inkişafına deyil, həm də onun əsasında kompüter avadanlığının yaradılmasına, məsələn, IBM-360 seriyalı kompüterlərin reproduksiyasına aiddir - (yerli seriyalar "ROW 1-2"). Ən böyük texnoloji yardım, silikon inteqral sxemlərin həqiqi işləyən Amerika nümunələrinin surətinin çıxarılması prosesi ilə təmin edildi. Kopyalama nümunədən təzyiqi azaltdıqdan və örtüyü götürdükdən, dövrədə tranzistorların və rezistorların düz (planar) nümunəsini köçürdükdən, həmçinin mikroskop altında bütün funksional sahələrin strukturunu araşdırdıqdan sonra həyata keçirildi. Kopyalama nəticələri işçi təsvirlər və texnoloji sənədlər şəklində hazırlanmışdır.
İlk yerli silikon inteqral sxemin yaradılması TC-100 seriyalı inteqrasiya edilmiş silisium sxemlərinin hərbi qəbulu ilə inkişafı və istehsalı üzərində cəmlənmişdir (37 element - Texas Instruments-dan Amerika SN-51 seriyalı IC-lərin analoqu flip-flopun dövrə mürəkkəbliyinə bərabərdir) . İş NII-35 (direktor Trutko) və Fryazino zavodu (direktor Kolmogorov) tərəfindən ballistik raketin idarəolunma sisteminin avtonom altimetrində istifadə üçün müdafiə sifarişi əsasında həyata keçirilib.
İnkişaf, TS-100 seriyasının altı standart inteqrasiya edilmiş silikon planar sxemini əhatə etdi və pilot istehsalın təşkili ilə NII-35-də (1962-ci ildən 1965-ci ilə qədər) üç il çəkdi. Fryazinoda (1967) hərbi qəbulla zavod istehsalının inkişafı daha iki il çəkdi. Yerli təcrübədə planar texnologiya dövrünün (300-dən çox texnoloji əməliyyat) həyata keçirilməsinin təhlili göstərdi ki, bu kritik texnologiya kənardan kömək, o cümlədən texnoloji avadanlıq olmadan sıfırdan və praktiki olaraq müstəqil şəkildə mənimsənilməli idi. Bu problemin həlli üçün Nİİ-35-in elmi-texnologiya şöbəsindən 250 nəfərlik briqada və kafedrada xüsusi yaradılmış təcrübə emalatxanası çalışıb. Eyni zamanda, şöbə bu texnologiyanı mənimsəmiş bir çox MEP müəssisələrinin mütəxəssisləri üçün təlim meydançası kimi xidmət etdi. Məsələn, MEP-in Voronejdəki 2-ci Baş İdarəsinin yarımkeçiricilər zavodunun mütəxəssisləri (direktor Kolesnikov, rəhbər Nikişin) bu şöbədə təlim keçmişlər.
Planar texnologiyanın inkişafı zamanı əsas diqqət millimetrdə 1000-2000 xəttə qədər yüksək optik ayırdetmə qabiliyyətinə malik sənaye fotolitoqrafiya texnikasının istehsalına yönəldilib. Bu iş LITMO (Kapustin) və GOI (Leninqrad) optika mütəxəssisləri ilə sıx əməkdaşlıq şəraitində həyata keçirilmişdir.
Planar texnologiyanın avtomatlaşdırılması və xüsusi texnoloji avadanlığın layihələndirilməsi şöbəsinin (aparıcı konstruktor Zaxarova) işlənib hazırlanması da böyük rol oynadı. Pnevmatik avtomatlaşdırma və pnevmonikadan istifadə əsasında silikon texnoloji vaflilərin operativ emalı üçün avtomatlaşdırılmış qurğular (təmizləmə, fotorezistin tətbiqi, konveyer oksidləşməsi və s.) hazırlanmışdır.
1964-cü ildə İnteqral sxemlərin inkişafı üzrə NII-35-in elmi-texnoloji şöbəsinə Hərbi-Sənaye Kompleksinin sədri Smirnov baş çəkdi. Bu səfərdən sonra kafedra mütərəqqi işlənmələrdə istifadə olunan yapon elmi avadanlığı almışdır. 1965-ci ilin yazında Nazirlər Sovetinin sədri Kosıgin silikon inteqral sxemlərin işlənməsi üzrə NII-35 elmi-texnoloji şöbəsinin eksperimental emalatxanasına baş çəkdi. 1962-ci ildən 1967-ci ilə qədər olan inkişaf dövründə müəllif şöbə müdiri kimi işin gedişi barədə Dövlət Elm və Texnika Komitəsinin sədrinə və müavininə dəfələrlə hesabat verməli olub. Sədr S.M.Rudnev, Elmlər Akademiyasının prezidenti Keldış, həmçinin hərbi sənaye kompleksinin elm şöbəsi və Mərkəzi Komitənin müdafiə şöbəsi, o zaman Müdafiə Nazirliyinin aviasiya texnologiyası şöbəsi, hərbi qəbulun təşkilinə rəhbərlik etmişdir.
Zelenoqradın yaradılması. Zelenoqrad, Kaliforniyadakı Silikon Vadisinin yerli analoqu olan pilot zavodları olan 6 müəssisədən ibarət mikroelektronika mərkəzidir. 1963-cü ilin əvvəlində müəllif Zelenoqradın indiki direktoru, deputata mühazirələr kursu verdi. Avropa Parlamentinin naziri F.V.Lukin, bunun əsasında Zelenoqrad üçün yarımkeçirici mühəndisliyin inkişafı, xüsusən də istilik prosesləri və fotolitoqrafiya (direktor Savin üçün), idxal olunan texnoloji avadanlıqların alınması üçün texniki təkliflər hazırlanmışdır (Nazaryan və Strujinski qrupları), o cümlədən, Fryazinodakı pilot zavod üçün.
İnkişafın nəticələri Müəllif NII-35-in bir sıra elmi və texnoloji hesabatları, müəlliflik şəhadətnamələri, “Yarımkeçirici qurğular və onların tətbiqi”, “Mikroelektronika” toplularında dərc edilmiş bir sıra məqalələr və dövr üçün nəşr olunmuş kitab və broşürlərlə qeydə alınmış və təsdiq edilmişdir. 1974-cü ildən əvvəl.
Cek Kilbinin ilk yarımkeçirici inteqral sxemi 12 sentyabr 2018-ci il
12 sentyabr 1958-ci ildə Jack S. Kilby Texas Instruments-da (ABŞ) ilk işləyən inteqral sxemi nümayiş etdirdi. İlk dəfə olaraq elektron komponentlər bir substratda birləşdirildi. Bu cihaz 11,1 mm x 1,6 mm ölçüdə kiçik bir germanium lövhəsində generator idi. Bu gün inteqral sxemlər demək olar ki, bütün elektron avadanlıqların əsas tikinti bloklarıdır.
İnteqral sxemi ixtirasına görə Cek Kilbi 2000-ci ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatına və 1970-ci ildə Milli Elm Medalına layiq görülmüş, 1982-ci ildə isə ABŞ Milli Şöhrət Zalına Fəxri İxtiraçı kimi daxil edilmişdir. 
Cek Kilby açıq laboratoriya jurnalı ilə, onun səhifələrində yaratdığı ilk inteqral sxemin təsviri.
Bu, Cek Kilbinin ilk inteqral sxemidir.
SSRİ-də 1963-cü ildə Zelenoqradda Mikroelektronika Mərkəzi yaradıldı. 1964-cü ildə oradakı Angstrem zavodunda qablaşdırılmamış tranzistorlardan istifadə etməklə hibrid plyonka texnologiyası ilə hazırlanmış ilk “Tropa” (seriya 201), “Ambassador” (seriya 217) inteqral sxemləri hazırlanmışdır. 60-cı illərin sonunda Zelenoqraddakı Mikron zavodunda texnologiya tətbiq edildi və ilk monolit inteqral sxemlərin istehsalına başlandı. Budur "Logic-1" mövzusunda Micron-dan ilk mikrosxemlərin pilot partiyası üçün pasport 
Bu, pasportunu təqdim etdiyim mikrosxemin özüdür 
Onun ardınca Logic-2 (133 seriya - Texas Instruments-dan SN54 seriyasının analoqu) gəldi. Xüsusilə, SN5400-ün analoqu olan məşhur M3300 və ya daha yaxşı 1LB333 kimi tanınan mikrosxem, daha sonra 133LA3 və ya plastik qutuda K155LA3 (SN7400) kimi tanındı, bu seriyanı yaxşılaşdırmaq baxımından Amerikalı həmkarları kimi daha bir davam etdi. "Tier" mövzusunda performans - 530LA3 (SN54S00), "Isis KS" mövzusunda səmərəlilik - 533LA3 (SN54LS00) və s. Malin B.V.-nin yazan məqaləsini necə xatırlamaq olmaz: “Amerika texnoloji təcrübəsinin təkrarlanması və surətinin çıxarılması konsepsiyaları qüvvədə idi - MEP-in “əks mühəndisliyi” adlanan üsullar. Reproduksiya üçün silikon inteqral sxemlərin prototip nümunələri və istehsal nümunələri ABŞ-dan alınmış və onların surətinin çıxarılması İqtisadiyyat və İqtisadiyyat Nazirliyinin (nazir Şokin) əmrləri ilə ciddi şəkildə tənzimlənmişdir. Kopyalama konsepsiyası 19 ildən çox müddət ərzində nazir tərəfindən ciddi şəkildə idarə olunurdu, bu müddət ərzində müəllif 1974-cü ilə qədər MEP sistemində işləmişdir ... "
1973-cü ildə Pulsarda elektron saatların inkişafı başladı. İnkişaf üzrə elmi rəhbər, texnika elmləri doktoru, prof. Dokuçayev Yuri Petroviç. Fotoda ilk sovet CMOS elektron saatı "Electronics-1"in daxili görünüşü göstərilir.
Həmçinin 1973-cü ildə Angstremdə ilk sovet CMOS kalkulyatorunun seriya istehsalı mənimsənildi. 
1980-ci ildə Mikron zavodu 100 000 000 inteqral sxem, 1985-ci ildə isə Angstrem zavodu maye kristal displeyli Elektronika-85 cib 16 bitlik fərdi kompüterinin kütləvi istehsalına başladı. 
Bir sözlə, 80-ci illərin ortalarında sovet radioelektronikasının inkişafında zirvə var idi. “Biser-4” bort kompüterində yerli mikroprosessorlardan istifadə edən “Buran” kosmik gəmisinin unikal uçuşu və avtomatik enişi bunu sübut edir. Eyni Riqada "Rina", "Wright" və "Rosite" mövzularında ilk yerli siqnal prosessorlarının istehsalı mənimsənildi.
Bu isə 1986-cı ilin fevralında Sov.İKP-nin 27-ci qurultayının nümayəndələrinə təqdim edilmiş unikal elektron dəftərin fotosudur. 
Sonra nə oldu? Qorbaçovun hakimiyyətə gəlməsi ilə sovet elektronikası gözümüzün qabağında sözün əsl mənasında dağılmağa başladı. Amma qəribəsi odur ki, bu sonuncu baş katibin danışdığı hər şey mütərəqqi idi, məsələn, 1986-cı ildə Sov.İKP-nin 27-ci qurultayında elmi-texniki tərəqqinin sürətləndirilməsi proqramını elan etdi, amma əslində tamam başqa bir şey oldu. Dövlət əmlakının mütərəqqi oğurlanması, müəssisələrin bağlanması, maaşların verilməməsi, xaos və nəhayət, SSRİ-nin dağılması başlandı.
Ancaq bu başqa hekayədir.
İlk mikrosxem nə vaxt və kim tərəfindən yaradılmışdır? əks halda mənə deyirlər ki, optik alətlər bir kristalda lazerlə “kəsməyə” imkan vermirdi
Hələ 40-cı illərin sonlarında Centralab miniatürləşdirmənin əsas prinsiplərini inkişaf etdirdi və boru qalın film hibrid sxemlərini yaratdı. Sxemlər tək bir substratda hazırlanmışdır və təmas və ya müqavimət zonaları substrata sadəcə gümüş və ya çap karbon mürəkkəbi tətbiq etməklə əldə edilmişdir. Germanium xəlitəli tranzistorların texnologiyası inkişaf etməyə başlayanda Centralab qablaşdırılmamış cihazları plastik və ya keramika qabığında quraşdırmağı və bununla da tranzistoru ətraf mühitdən təcrid etməyi təklif etdi. Bu əsasda artıq tranzistor hibrid sxemləri, "çap dövrə lövhələri" yaratmaq mümkün idi. Lakin, əslində, bu, inteqral sxemin qablaşdırılması və pinoutları probleminin müasir həllinin prototipi idi.
50-ci illərin ortalarında Texas Instruments aşağı qiymətli yarımkeçirici materiallar istehsal etmək üçün bütün imkanlara malik idi. Ancaq tranzistorlar və ya diodlar silikondan hazırlanmışdırsa, TI titan nitridindən rezistorlar hazırlamağa və teflondan paylanmış tutumlara üstünlük verdi. Təəccüblü deyil ki, bir çoxları hibrid sxemlərin yaradılmasında toplanmış təcrübə ilə ayrıca istehsal olunan bu elementlərin yığılmasında heç bir problem olmadığına inanırdılar. Və eyni ölçülü və formalı bütün elementləri istehsal etmək və bununla da montaj prosesini avtomatlaşdırmaq mümkün olarsa, dövrənin dəyəri əhəmiyyətli dərəcədə azalacaq. Bu yanaşma Henri Fordun təklif etdiyi avtomobillərin yığılması üçün konveyer prosesini çox xatırladır.
Beləliklə, o dövrdə üstünlük təşkil edən sxem həlləri onların istehsalı üçün müxtəlif materiallar və texnologiyalara əsaslanırdı. Lakin 1951-ci ildə Kral Radar Müəssisəsindəki İngilis Jeff Dummer, gücləndirici, rezistor, tutum kimi işləyən və kəsilmiş kontakt yastıqları ilə birləşdirilən eyni materialın yarımkeçirici təbəqələrindən istifadə edərək vahid formada elektronikanın yaradılmasını təklif etdi. hər qat. Dummer bunu praktik olaraq necə edəcəyini göstərmədi.
Əslində, fərdi rezistorlar və kondansatörlər eyni silikondan hazırlana bilərdi, lakin bu, olduqca bahalı istehsal olardı. Bundan əlavə, silikon rezistorlar və kondansatörlər standart texnologiyalardan istifadə edərək və titan nitrid və ya teflon kimi tanış materiallardan hazırlanmış komponentlərdən daha az etibarlı olardı. Ancaq eyni materialdan bütün komponentləri hazırlamaq hələ də prinsipcə mümkün olduğundan, bir nümunədə onların müvafiq elektrik əlaqəsi haqqında düşünmək lazım idi.
24 iyul 1958-ci ildə Kilby Monolithic Idea adlı laboratoriya jurnalında bir konsepsiya hazırladı.<... p-n-="">Kilbinin ləyaqəti Dummerin ideyasının praktiki həyata keçirilməsindədir.
1958-ci ilin sonu və 1959-cu ilin birinci yarısında yarımkeçirici sənayesində sıçrayış baş verdi. Üç özəl Amerika korporasiyasını təmsil edən üç kişi inteqral sxemlərin yaradılmasına mane olan üç fundamental problemi həll etdilər. Jack Kilby -dən Texas Alətləri birləşmə prinsipini patentləşdirdi, İP-nin ilk, qeyri-kamil prototiplərini yaratdı və onları kütləvi istehsala gətirdi. Kurt Leqovetsdən Sprague Elektrik Şirkəti tək yarımkeçirici çipdə (p-n keçid izolyasiyası) əmələ gələn komponentlərin elektrik izolyasiyası üçün üsul icad etmişdir. P-n qovşağı izolyasiya)). Robert Noyce Fairchild Yarıkeçirici IC komponentlərini (alüminium metalizasiyası) elektriklə birləşdirmək üçün bir üsul icad etdi və Jean Herni-nin ən son planar texnologiyasına əsaslanan komponent izolyasiyasının təkmilləşdirilmiş versiyasını təklif etdi. Jean Hoerni). 27 sentyabr 1960-cı ildə Cey Lastin qrupu Jay Sonuncu) tarixində yaradılmışdır Fairchild Semiconductor ilk işləyən yarımkeçirici Noyce və Ernie ideyalarına əsaslanan IP. Texas Alətləri Kilby-nin ixtirasının patentinə sahib olan , 1966-cı ildə çapraz lisenziyalaşdırma texnologiyaları üzrə qlobal razılaşma ilə başa çatan rəqiblərə qarşı patent müharibəsi başlatdı.
Sözügedən seriyanın ilk məntiq IC-ləri sözün əsl mənasında ondan qurulmuşdur standartölçüləri və konfiqurasiyaları texnoloji proseslə müəyyən edilmiş komponentlər. Müəyyən bir ailənin məntiqi IC-lərini tərtib edən sxem dizaynerləri eyni standart diodlar və tranzistorlarla işləyirdilər. 1961-1962-ci illərdə aparıcı tərtibatçı dizayn paradiqmasını pozdu Silvaniya Tom Longo, ilk dəfə müxtəlif IC-ləri birində istifadə edir tranzistorların sxemdəki funksiyalarından asılı olaraq konfiqurasiyaları. 1962-ci ilin sonunda Silvaniya Longo tərəfindən hazırlanmış ilk tranzistor-tranzistor məntiq ailəsini (TTL) işə saldı - tarixən uzun müddət bazarda möhkəmlənməyi bacaran ilk inteqrasiya məntiqi növü. Analoq sxemlərdə bu səviyyənin sıçrayışı 1964-1965-ci illərdə əməliyyat gücləndiricilərinin yaradıcısı tərəfindən edilmişdir. Fairchild Bob Vidlar.
İlk yerli mikrosxem 1961-ci ildə TRTI-də (Taqanroq Radio Mühəndisliyi İnstitutu) L. N. Kolesovun rəhbərliyi ilə yaradılmışdır. Bu hadisə ölkənin elmi ictimaiyyətinin diqqətini cəlb etmiş və TRTİ yüksək etibarlı mikroelektron avadanlıqların yaradılması və onun istehsalının avtomatlaşdırılması problemi üzrə Ali Təhsil Nazirliyi sistemində lider kimi təsdiq edilmişdir. L.N.Kolesov özü bu problem üzrə Koordinasiya Şurasının sədri təyin edildi.
SSRİ-də ilk hibrid qalın plyonkalı inteqral sxem (seriya 201 “Trail”) 1963-65-ci illərdə Dəqiq Texnologiyalar Elmi-Tədqiqat İnstitutunda (“Angstrem”) hazırlanmışdır, 1965-ci ildən kütləvi istehsal olunur. İnkişafda NIEM-in (indiki Arqon Elmi Tədqiqat İnstitutu) mütəxəssisləri iştirak ediblər.
SSRİ-də ilk yarımkeçirici inteqral sxem, 1960-cı ilin əvvəllərində NII-35-də (o zaman Pulsar Elmi-Tədqiqat İnstitutu adlandırıldı) sonradan NIIME-yə (Mikron) köçürülmüş bir komanda tərəfindən hazırlanmış planar texnologiya əsasında yaradılmışdır. İlk yerli silikon inteqral sxemin yaradılması TS-100 seriyalı inteqrasiya edilmiş silikon sxemlərin hərbi qəbulu ilə işlənib hazırlanması və istehsalı üzərində cəmlənmişdir (37 element - flip-flopun dövrə mürəkkəbliyinə ekvivalent, Amerikanın analoqu). IC seriyası SN-51 şirkət Texas Alətləri). Reproduksiya üçün silikon inteqral sxemlərin prototip nümunələri və istehsal nümunələri ABŞ-dan alınmışdır. İş NII-35 (direktor Trutko) və Fryazino Yarımkeçiricilər Zavodunda (direktor Kolmoqorov) ballistik raketin idarə olunması sistemi üçün avtonom hündürlükölçəndə istifadə üçün müdafiə sifarişi əsasında həyata keçirilib. İnkişaf, TS-100 seriyasının altı standart inteqrasiya edilmiş silikon planar sxemini əhatə etdi və pilot istehsalın təşkili ilə NII-35-də (1962-ci ildən 1965-ci ilə qədər) üç il çəkdi. Fryazinoda (1967) hərbi qəbulla zavod istehsalının inkişafı daha iki il çəkdi.
Paralel olaraq, Voronej Yarımkeçirici Cihazlar Zavodunda (indiki -) mərkəzi dizayn bürosunda inteqral sxemin inkişafı üzərində iş aparıldı. 1965-ci ildə elektronika sənayesi naziri A.İ.Şokinin VZPP-yə səfəri zamanı zavoda silikon monolit sxeminin - R&D "Titan"ın yaradılması üzrə tədqiqat işləri aparmaq tapşırıldı (Nazirliyin 16 avqust tarixli 92 nömrəli əmri). 1965), ilin sonuna qədər vaxtından əvvəl tamamlandı. Mövzu uğurla Dövlət Komissiyasına təqdim olundu və 104 diod-tranzistor məntiqi mikrosxem seriyası MEP-in 30 dekabr 1965-ci il tarixli 403 nömrəli sərəncamında öz əksini tapmış bərk cisim mikroelektronikası sahəsində ilk sabit nailiyyət oldu.
Dizayn Səviyyələri
Hal-hazırda (2014) inteqral sxemlərin əksəriyyəti istehsal proseslərini avtomatlaşdırmağa və əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirməyə, məsələn, topoloji foto maskalar əldə etməyə imkan verən ixtisaslaşmış CAD sistemlərindən istifadə etməklə hazırlanmışdır.
Təsnifat
İnteqrasiya dərəcəsi
İnteqrasiya dərəcəsindən asılı olaraq, inteqral sxemlərin aşağıdakı adları istifadə olunur:
- kiçik inteqral sxem (MIS) - hər çip üçün 100 elementə qədər,
- orta inteqral sxem (SIS) - hər çip üçün 1000 elementə qədər,
- böyük inteqral sxem (LSI) - hər çip üçün 10 min elementə qədər,
- ultra irimiqyaslı inteqral sxem (VLSI) - bir kristalda 10 mindən çox element.
Əvvəllər, indi köhnəlmiş adlar da istifadə olunurdu: ultra-böyük miqyaslı inteqral sxem (ULSI) - bir kristalda 1-10 milyondan 1 milyard elementə qədər və bəzən giga-böyük miqyaslı inteqral sxem (GBIC) - 1-dən çox. bir kristalda milyard element var. Hal-hazırda, 2010-cu illərdə "UBIS" və "GBIS" adları praktiki olaraq istifadə edilmir və 10 mindən çox elementi olan bütün mikrosxemlər VLSI kimi təsnif edilir.
İstehsal texnologiyası
- Yarımkeçirici çip - bütün elementlər və elementarası əlaqələr bir yarımkeçirici kristalda (məsələn, silikon, germanium, qallium arsenid, hafnium oksidi) aparılır.
- Film inteqral sxemi - bütün elementlər və elementarası birləşmələr film şəklində hazırlanır:
- qalın film inteqral sxemi;
- nazik film inteqral sxemi.
- Hibrid çip (tez-tez deyilir mikro montaj), bir neçə diod, tranzistor və/və ya digər elektron aktiv komponentləri ehtiva edir. Mikromontaj həmçinin qablaşdırılmamış inteqral sxemləri də əhatə edə bilər. Passiv mikro montaj komponentləri (rezistorlar, kondansatörlər, induktorlar) adətən hibrid çipin ümumi, adətən keramika substratında nazik və ya qalın film texnologiyalarından istifadə etməklə istehsal olunur. Komponentləri olan bütün substrat bir möhürlənmiş korpusa yerləşdirilir.
- Qarışıq mikrosxem - yarımkeçirici kristaldan əlavə, kristalın səthində yerləşən nazik təbəqəli (qalın təbəqəli) passiv elementləri ehtiva edir.
İşlənmiş siqnalın növü
İstehsal texnologiyaları
Məntiq növləri
Analoq mikrosxemlərin əsas elementi tranzistorlardır (bipolyar və ya sahə effekti). Tranzistor istehsal texnologiyasındakı fərq mikrosxemlərin xüsusiyyətlərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Buna görə də, istehsal texnologiyası tez-tez mikrosxemin təsvirində göstərilir və bununla da mikrosxemin xüsusiyyətləri və imkanlarının ümumi xüsusiyyətləri vurğulanır. Müasir texnologiyalar mikrosxemlərin təkmilləşdirilmiş performansına nail olmaq üçün bipolyar və sahə effektli tranzistor texnologiyalarını birləşdirir.
- Birqütblü (sahə effektli) tranzistorlara əsaslanan mikrosxemlər ən qənaətcildir (cari istehlak baxımından):
- MOS məntiqi (metal-oksid-yarımkeçirici məntiq) - mikrosxemlər sahə effektli tranzistorlardan əmələ gəlir. n-MOS və ya səh-MOS növü;
- CMOS məntiqi (tamamlayıcı MOS məntiqi) - mikrosxemin hər bir məntiqi elementi bir cüt tamamlayıcı (tamamlayıcı) sahə effektli tranzistorlardan ibarətdir ( n-MOS və səh-MOP).
- Bipolyar tranzistorlara əsaslanan mikrosxemlər:
- RTL - rezistor-tranzistor məntiqi (köhnəlmiş, TTL ilə əvəz edilmişdir);
- DTL - diod-tranzistor məntiqi (köhnəlmiş, TTL ilə əvəz edilmişdir);
- TTL - tranzistor-tranzistor məntiqi - mikrosxemlər girişdə çox emitentli tranzistorlu bipolyar tranzistorlardan hazırlanır;
- TTLSh - Schottky diodları ilə tranzistor-tranzistor məntiqi - Schottky effekti ilə bipolyar tranzistorlardan istifadə edən təkmilləşdirilmiş TTL;
- ECL - emitentlə əlaqəli məntiq - iş rejimi doyma rejiminə daxil olmamaq üçün seçilən bipolyar tranzistorlarda - performansı əhəmiyyətli dərəcədə artırır;
- IIL - inteqral enjeksiyon məntiqi.
- Həm sahə effektli, həm də bipolyar tranzistorlardan istifadə edən mikrosxemlər:
Eyni tip tranzistorlardan istifadə edərək çiplər statik və ya dinamik kimi müxtəlif metodologiyalardan istifadə etməklə yaradıla bilər.
CMOS və TTL (TTLS) texnologiyaları ən çox yayılmış məntiq çipləridir. Cari istehlaka qənaət etmək lazım olduqda CMOS texnologiyasından istifadə olunur, sürətin daha vacib olduğu və enerji istehlakına qənaət tələb olunmadığı yerlərdə TTL texnologiyasından istifadə olunur. CMOS mikrosxemlərinin zəif nöqtəsi onların statik elektrikə qarşı həssaslığıdır - sadəcə əlinizlə mikrosxemin çıxışına toxunun və onun bütövlüyü artıq təmin edilmir. TTL və CMOS texnologiyalarının inkişafı ilə mikrosxemlərin parametrləri yaxınlaşır və nəticədə məsələn, CMOS texnologiyasından istifadə etməklə 1564 seriyalı mikrosxemlər hazırlanır və korpusda funksionallıq və yerləşdirmə TTL texnologiyasına bənzəyir.
ESL texnologiyası ilə istehsal edilən mikrosxemlər ən sürətli, eyni zamanda ən çox enerji sərf edən mikrosxemlərdir və ən vacib parametrin hesablama sürəti olduğu hallarda kompüter avadanlıqlarının istehsalında istifadə edilmişdir. SSRİ-də ES106x tipli ən məhsuldar kompüterlər ESL mikrosxemlərində istehsal olunurdu. Hal-hazırda bu texnologiya nadir hallarda istifadə olunur.
Texnoloji proses
Mikrosxemlərin istehsalında fotolitoqrafiya üsulundan (proyeksiya, kontakt və s.) istifadə olunur ki, bu zaman sxem almaz disklərlə silisiumun monokristallarının nazik vaflilərə kəsilməsi ilə alınan substratda (adətən silisium) formalaşır. Mikrosxem elementlərinin kiçik xətti ölçüləri səbəbindən işıqlandırma üçün görünən işığın və hətta ultrabənövşəyi radiasiyaya yaxın istifadədən imtina edildi.
Aşağıdakı prosessorlar UV radiasiyasından (ArF eksimer lazer, dalğa uzunluğu 193 nm) istifadə edilərək hazırlanmışdır. Orta hesabla, sənaye liderləri hər 2 ildən bir ITRS planına uyğun olaraq yeni texnoloji proseslər təqdim etdilər, vahid sahəyə düşən tranzistorların sayını iki dəfə artırdılar: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), 14 nm istehsalına başlandı. 2014-cü ildə təxminən 2018-ci ildə 10 nm proseslərin inkişafı gözlənilir.
2015-ci ildə yeni texnoloji proseslərin tətbiqinin ləngiyəcəyi ilə bağlı hesablamalar var idi.
Keyfiyyətə nəzarət
İnteqral sxemlərin keyfiyyətinə nəzarət etmək üçün test strukturları adlanan geniş istifadə olunur.
Məqsəd
İnteqral sxem nə qədər mürəkkəb olsa da, tam funksionallığa malik ola bilər - bütöv bir mikrokompüterə qədər (bir çipli mikrokompüter).
Analoq sxemlər
- Filtrlər (pyezoelektrik effekt daxil olmaqla).
- Analoq çarpanları.
- Analoq zəiflədicilər və dəyişən gücləndiricilər.
- Enerji təchizatı stabilizatorları: gərginlik və cərəyan stabilizatorları.
- Kommutasiya enerji təchizatı idarəetmə mikrosxemləri.
- Siqnal çeviriciləri.
- Sinxronizasiya sxemləri.
- Müxtəlif sensorlar (məsələn, temperatur).
Rəqəmsal sxemlər
- Bufer çeviriciləri
- (Mikro)prosessorlar (kompüterlər üçün CPU daxil olmaqla)
- Çiplər və yaddaş modulları
- FPGAs (proqramlaşdırıla bilən məntiq inteqral sxemləri)
Rəqəmsal inteqral sxemlər analoqlardan bir sıra üstünlüklərə malikdir:
- Azaldılmış enerji istehlakı rəqəmsal elektronikada impulslu elektrik siqnallarının istifadəsi ilə bağlıdır. Bu cür siqnalları qəbul edərkən və çevirərkən elektron cihazların (tranzistorların) aktiv elementləri "açar" rejimində işləyir, yəni tranzistor ya "açıq" - yüksək səviyyəli siqnala (1) uyğun gəlir, ya da "qapalıdır" ” - (0), birinci halda tranzistorda gərginlik yoxdur, ikincidə cərəyan keçmir; Hər iki halda, tranzistorların çox vaxt aralıq (aktiv) vəziyyətdə olduğu analoq cihazlardan fərqli olaraq, enerji istehlakı 0-a yaxındır.
- Yüksək səs-küy toxunulmazlığı rəqəmsal qurğular yüksək (məsələn, 2,5-5 V) və aşağı (0-0,5 V) səviyyəli siqnallar arasında böyük fərqlə əlaqələndirilir. Dövlət xətası elə bir müdaxilə səviyyəsində mümkündür ki, yüksək səviyyə aşağı səviyyə kimi şərh edilir və əksinə, bu mümkün deyil. Bundan əlavə, rəqəmsal cihazlarda səhvləri düzəltmək üçün xüsusi kodlardan istifadə etmək mümkündür.
- Yüksək və aşağı səviyyəli siqnal vəziyyətlərinin səviyyələrindəki böyük fərq (məntiqi “0” və “1”) və onların icazə verilən dəyişikliklərinin kifayət qədər geniş diapazonu rəqəmsal texnologiyanı inteqrasiya olunmuş texnologiyada element parametrlərinin qaçılmaz dispersiyasına qarşı həssas edir, rəqəmsal cihazlarda komponentləri seçmək və tənzimləmə elementlərini konfiqurasiya etmək ehtiyacı.
Analoq-rəqəmsal sxemlər
- rəqəmsaldan analoqa (DAC) və analoqdan rəqəmə çeviricilər (ADC);
- ötürücülər (məsələn, interfeys çeviricisi Ethernet);
- modulyatorlar və demodulyatorlar;
- radio modemləri
- teletext, VHF radio mətn dekoderləri
- Fast Ethernet və optik ötürücülər
- Dial-Up modemlər
- rəqəmsal televiziya qəbulediciləri
- optik siçan sensoru
- elektron qurğular üçün enerji təchizatı mikrosxemləri - stabilizatorlar, gərginlik çeviriciləri, elektrik açarları və s.;
- rəqəmsal attenuatorlar;
- faza kilidli dövrə (PLL) sxemləri;
- saat sinxronizasiyasının generatorları və tezlik bərpaediciləri;
- baza matris kristalları (BMC): həm analoq, həm də rəqəmsal sxemləri ehtiva edir;
Çip seriyası
Analoq və rəqəmsal mikrosxemlər ardıcıl olaraq istehsal olunur. Seriya vahid konstruksiyaya və texnoloji dizayna malik olan və birgə istifadə üçün nəzərdə tutulmuş mikrosxemlər qrupudur. Eyni seriyalı mikrosxemlər, bir qayda olaraq, eyni enerji təchizatı gərginliyinə malikdir və giriş və çıxış müqavimətləri və siqnal səviyyələri baxımından uyğunlaşdırılır.
Mənzillər
Xüsusi adlar
Hüquqi müdafiə
Rusiya qanunvericiliyi inteqral sxem topologiyalarının hüquqi müdafiəsini təmin edir. İnteqral sxemin topologiyası inteqral sxemin elementləri toplusunun məkan-həndəsi düzülüşü və maddi mühitdə qeyd olunan onlar arasındakı əlaqədir (Maddə 1448).
2014-cü il fevralın əvvəlində müasir sxem texnologiyasının inteqral sxem kimi ayrılmaz hissəsi olan dünya birliyində peyda olmasının əlli beşinci ildönümüdür.
Xatırladırıq ki, 1959-cu ildə Amerika Birləşmiş Ştatlarının Federal Patent İdarəsi Texas Instruments şirkətinə inteqral sxemin yaradılması üçün patent vermişdi.
Bu hadisə elektronika dövrünün doğulması və onun istifadəsindən yaranan bütün faydalar kimi qeyd edildi.
Həqiqətən, inteqral sxem bizə məlum olan əksər elektrik cihazlarının əsasını təşkil edir.
İnteqral sxem yaratmaq ideyası ilk dəfə ötən əsrin 50-ci illərinin əvvəllərində ortaya çıxdı. Görünüşünün əsas arqumenti elektrik cihazlarının miniatürləşdirilməsi və dəyərinin azaldılması idi. Uzun müddətdir ki, onun həyata keçirilməsi ilə bağlı fikirlər sadəcə olaraq havada idi, baxmayaraq ki, televiziya və radio kimi dövrə texnologiyası, eləcə də kompüter texnologiyası dünyada fəal şəkildə inkişaf edir.
İnteqral sxemin yaradılması, diodlar və yarımkeçirici tranzistorlardan istifadə edərək dövrə istehsalında lazımsız naqillərdən, montaj panellərindən və izolyasiyadan imtina etməyi nəzərdə tuturdu. Ancaq uzun müddət heç kim bu cür fikirləri həyata keçirə bilmədi. Yalnız Cek Kilbi (2000-ci ildə inteqral sxemin ixtirasına görə fizika üzrə Nobel mükafatı laureatı) kimi istedadlı və tanınmış mühəndisin müasir alimlərə fəal işindən sonra 1958-ci ildə ilk mikrosxem təqdim olundu. Təxminən altı ay sonra ixtira Kilbinin işlədiyi şirkət (Texas Instruments) tərəfindən patentləşdirildi.
Təbii ki, indi alman alimi Kilbinin ilk mikrosxeminin tamamilə yararsız olduğunu qeyd edə bilərik. Bununla belə, onun əsasında getdikcə daha çox inteqral sxemlər yaradıldı, bunlardan biri Robert Noyce texnologiyası - silikon planar çip idi.
R.Noys Fairchald Semiconductor-da yüksək vəzifə tutmuşdur, daha doğrusu, onun yaradıcılarından biri olmuşdur. Kilbinin patenti alındıqdan dərhal sonra Noysun işi patentləşdirildi. Bununla belə, Kilby-nin çipindən fərqli olaraq, Noyce-in inkişafı əsas elektrik avadanlıqları istehsalçıları arasında populyarlıq qazandı. Bu, Texas Instruments və Fairchald Semiconductor arasında mübahisəyə və 1969-cu ilə qədər sonrakı məhkəmə çəkişməsinə səbəb oldu. Nəticədə Noys mikrosxemlərin ilk ixtiraçısı seçildi. Baxmayaraq ki, şəraitin bu üst-üstə düşməsi hər iki şirkətin sahiblərini qətiyyən narahat etməyib. Bir neçə il əvvəl onlar yekdil qərara gəldilər və hər iki alimi bərabər hüquqlu inteqral sxemin yaradıcıları kimi tanıdılar və onlara ABŞ elmi və mühəndislik icmalarının ən yüksək mükafatlarını - Milli Elm Medalı və Milli Texnologiya Medalını verdilər. .
Keçmişə dərindən nəzər salsanız, əminliklə deyə bilərsiniz ki, Noyce və Kilby mikrosxemi dünyaya təqdim etməzdən əvvəl kifayət qədər çox sayda elm adamı bu ideya üzərində işləmiş və heç də az inkişaf etmiş dizaynlar təklif etmişdi. Onların arasında mühəndis Verner Yakobi (Almaniya) var. Onun inkişafı hətta 1949-cu ildə patentləşdirilmişdir. Patentdə mühəndis ümumi substratda 5 tranzistordan ibarət mikrosxemin konstruksiyasını çəkib. Daha sonra 1952-ci ildə sxem komponentlərinin vahid vahidə inteqrasiyası prinsipi ingilis mühəndisi D.Dammer tərəfindən təsvir edilmişdir. Daha beş ildən sonra Jeffrey Dummer dörd tranzistor əsasında inteqral sxem flip-flopun ilk iş nümunəsini elan etdi. Təəssüf ki, ingilis hərbi mütəxəssisləri Dummerin ixtirasını yüksək qiymətləndirmədilər, baxmayaraq ki, onlar olmalıdır. Nəticədə alimin bütün işləri dayandırıldı. Sonralar Dummerin ixtirası müasir mikrosxemlərin əcdadı, alimin özü isə inteqral sxemin peyğəmbəri adlandırıldı.
1957-ci ildə Amerika Birləşmiş Ştatları başqa bir mühəndis Bernard Oliverin üç planar tranzistordan istifadə edərək monolit blok istehsalı üçün təsvir etdiyi texnologiyaya patent almaq üçün müraciətini qəbul etdi.
Müasir mikrosxem peyğəmbərlərinin adları arasında bir çipdə sxemlərin elektron komponentlərinin yaradılmasının bir neçə növünü patentləşdirən, lakin heç vaxt kəşflərini həyata keçirməyə imkan verən bir sənəd almayan mühəndis Harvick Johnsonun baş hərfləri var. Bu üsullardan biri Consonun bütün uğurlarını alan Jack Kilby tərəfindən istifadə edilmişdir.
